机械原理课程机构设计实验报告题目：建筑垃圾破碎机的设计与分析小组成员与学号：班级：第1页建筑垃圾破碎机的设计与分析摘要本文简单介绍了建筑垃圾回收再利用的重要性，与工艺性，并自主设计了将颚式破碎机与反击式破碎机相结合的建筑垃圾破碎机。

通过solidworks软件对设计机构进行建模，用adams进行仿真分析，验证所设计的机构均达到设计需要与可行性。

关键词：建筑垃圾破碎机、连杆机构、凸轮廓线设计第2页目录1．机构的引出 (4)1.1 建筑垃圾及其回收利用价值 (4)1.2颚式破碎机和反击式破碎机各自的利弊分析 (4)1.3设计新的建筑垃圾破碎机 (6)2．机构的结构、功能介绍及建模 (7)2.1 机构设计简图及各部分功能 (7)2.2尺寸设计及建模 (8)2.2.1主动轮和各从动轮的传动比 (8)2.2.2凸轮廓线设计与挡板行程 ................................... 错误！未定义书签。

3．机构的仿真分析 (12)3.1颚式破碎机的急回特性 (12)3.2颚式破碎机的传动角验证 (14)3.3停歇运动导杆机构所带动的下挡板往复运动的间歇性 (14)4．总结 (17)第3页第4页1． 机构的引出1.1 建筑垃圾及其回收利用价值二十一世纪是一个飞速发展的时代，随着城市人口的增加、新农村建设以及城市地铁的大规模扩建，建筑行业的新陈代谢全面加速，建筑垃圾的排放量也随之增加。

然而，传统的方法处理建筑垃圾是将建筑垃圾运往乡村或郊外，露天堆放或掩埋。

这样不仅破坏植被，降低土壤的生产能力，而且会让建筑垃圾中的有害物质渗入地下水层，污染环境，给人们的生活带来困扰。

因此，如何实现建筑垃圾的高效、环保循环利用成为当今人们所面临的一个难题。

建筑垃圾的主要组成部分是废弃混凝土和砖块，而它们都是由水泥和天然砂石拌合而成的，这些都是砖块等建筑材料的重要组成部分。

为了最大程度的利用建筑垃圾，首先应该解决的问题就是对其中的大块物料进行破碎，只有这样，破碎后的小快物料才能很好的还原天然砂石的性能，实现建筑垃圾的循环利用。

1.2颚式破碎机和反击式破碎机各自的利弊分析目前应用较广的破碎机有颚式破碎机与反击式破碎机两种。

颚式破碎机的主体构造如图1图 1 颚式破碎机的主体构造其工作原理为：轮①通过皮带和电机上的主动轮相连，①的转动带动杆②进而带动构件③的摆动（构件③的上端和机架铰接）。

构件③通过摆动将体积较大的物体挤压破碎，当经破碎后的的物体体积小到可以通过构件③下端和机架之间的缝隙时，经下方排出。

通过仔细观察颚式破碎机的构造不难发现，颚式破碎机在工作时产生的粉尘较少，但同时它也有破碎不够彻底的缺点，如图2。

如果有一个砖块按照如图2所示的方式通过颚式破碎机，则它就能不被破碎而完整的通过颚式破碎机的排料口，造成对建筑废料的破碎的不彻底。

图2建筑所用的回收砂石颗粒的粒形越接近多棱体，所制造出来的建筑材料（如水泥板、砌砖等）的性能就越好。

颚式破碎机的结构特点决定了经它破碎的建筑废料的粒形多数为不规则形状或者是片状，所以经颚式破碎机破碎后的建筑废料不能直接用于建筑再生产。

仍需要进一步加工。

反击式破碎机核心结构如图3。

建筑废料经进料口由重力的作用落在撞锤轮②上，撞锤轮逆时针旋转，将建筑废料撞到撞击板A上，经剧烈碰撞之后撞击板A又将建筑废料反弹回撞锤轮，撞锤轮接着又将建筑废料撞向板B，建筑废料弹回后又被撞锤轮撞向板C，最终又由重力的作用落入排料口，如此通过反复的剧烈撞击来实现破碎坚硬的料的目的。

第5页图 3 反击式破碎机核心结构反击式破碎机对建筑垃圾的破碎较为彻底，同时对经破碎后的废料的粒形有很好的控制，经它破碎的废弃砖块、水泥板可直接用于建筑生产。

但与此同时，反击式破碎机在工作时易产生大量的粉尘污染，同时当建筑废料的体积过大时，就不能在撞锤轮②撞击板A、B、C之间往复撞击，从而不能实现破碎效果。

这说明反击式破碎机无论是从环保上还是从可破碎的建筑垃圾的体积上都有一定的局限性。

1.3设计新的建筑垃圾破碎机将颚式破碎机作为反击式破碎机的进料口，对长条形及板状的建筑垃圾进行预处理，便可将大块垃圾破碎成大小均匀的碎块，通过进料口。

同时利用颚式破碎机周期性运动实现进料口的开闭，起到抑制粉尘的作用。

设计凸轮使三块挡板按设计需要的规律运动，能够使垃圾在挡板与转子之间多次碰撞、研磨，可使破碎过程进行得更加充分。

三块挡板的行程不同，可是碎料依次进入挡板与转子之间的空间，不会造成堵塞。

第6页第7页2． 机构的结构、功能介绍及建模2.1 机构设计简图及各部分功能建筑垃圾破碎机的机构简图如图4图 4 建筑垃圾破碎机的机构简图1进料处理主动轮通过皮带的传动将运动传递到了从动轮①，撞锤轮②和从动轮③上，使两个从动轮和撞锤轮都产生逆时针的转动。

从动轮①的转动带动了连接于其上的导杆摆动进而带动了防尘板的摆动，使其初步对建筑垃圾进行挤压破碎，然后将初步处理过的垃圾送入下一级的破碎机中。

第8页2出料处理被碾碎的垃圾在研磨板移开之后进入到出料处理箱，此时安装在处理箱顶部的喷水口喷出水雾对细化了的垃圾进行防尘处理。

最后打开处理箱底部的挡板，垃圾在重力作用下被排出破碎机，至此就可得到细化非常彻底的建筑材料。

2.2尺寸设计及建模2.2.1主动轮和各从动轮的传动比机器中的主动轮与发动机连接，逆时针转动。

他将带着从动轮①、撞锤轮②、从动轮③三者作顺时针转动。

由课本第五章轮系的相关知识可以推测出，皮带传动的轮子之间的角速度之比等于其轮子半径的反比。

设主动轮的角速度为ω，半径设为r （主动轮有三层，如图6。

因此此处的r 不是定值，而是对应三个值）；轮①、②、③的角速度分别设为ω1、ω1、ω3 ，半径分别设为r1、r2、r3（r1、r2、r3三者分别为定值）。

图 5 主动轮故有：312123,,,r r r r r r ωωωωωω===上面三个式子所对应的r 值各不相同。

由下面的这幅截图即可看出，第9页图 6从动轮③（ω3）所对应的r 值最小，撞锤轮②（ω2）所对应的r 值次之，从动轮①（ω1）所对应的r 值最大；由这幅截图也可以看出各从动轮的半径相对于主动轮半径的大小比较。

由此即可推出上面三个等式的等号右边1r r 、2r r 、3r r 的值分别为：大于1；小于1；大于1。

从而实现当主动轮的角速度ω恒定时，从动轮①、撞锤轮②、从动轮③三者的角速度ω1、ω2、ω3分别远小于、远大于、远小于主动轮的角速度ω；同时从轮①上的销钉尽可能的接近轮轴，如图10。

图7如此设计的理由是：（1）对于由从动轮①带动的颚式破碎机机构压碎大块的建筑垃圾需要很大的压力，因此杆②需要给构件③施加尽可能大的压力。

图8按照上面所设计的传动比，主动轮的速度远大于从动轮①的速度。

根据等功率条件（在忽略能量损失的情况下），主动轮传入从动轮①的功率和从动轮①传给颚式破碎机的功率相等。

第10页第11页设主动轮受到电机驱动的力偶是M1,从动轮①施加给颚式破碎机的力偶是M2，则有：112M M ωω=ω1远小于ω，因此M2远大于M1。

在颚式破碎机工作时的一个工作周期里，真正用力挤压建筑垃圾的时刻是机构处于如下图所示状态的时刻（图中棕色的大轮即是从动轮①，其逆时针转动；如图所示状态瞬时从动轮①上的销钉恰处于其轮轴的正上方）：图 9所以选该时刻进行研究。

因为轮①始终匀速转动，因此其所受的合力偶为零。

设从动轮①上的销钉与其轴心的距离为rx ，则有：F 杆rx = 2M根据此公式既可以看出，rx 越小，杆②对从动轮①的作用力F 杆越大。

由于杆②是二力杆，仅起到传递力的作用，因此rx 越小颚式破碎机在破碎建筑垃圾的时候所能提供的压力也就越大。

综上，可得如下公式：11x M F r ωω=杆第12页在主动轮所连的电机的性能一定的情况下，由公式可得1ωω越大，销钉与其轴心的距离为rx 越小，从动轮①通过杆②提供给颚式破碎机的力就越大。

这就是设计的时候要让从动轮①的角速度ω1远小于主动轮的角速度ω、同时从动轮①上的销钉尽可能的接近轮轴的原因。

（2）、 对于由撞锤轮②带动的反击式破碎机机构撞锤轮撞开坚固的建筑垃圾需要巨大的动能，使其在撞锤轮和撞击板上往复碰撞，因此撞锤轮需要有足够大的速度，根据公式22rr ωω=得知r/r2越大ω2就越大。

所以设计的时候应该尽可能的增大r/r2。

（3）、对于由从动轮③带动的停歇运动导杆机构对于电机，其转动的速度都是很高的，但由从动轮③带动的停歇运动导杆机构并不需要很高的转速，相反，若转速过高的话，则会带来销轮等该部分机构不必要的磨损和破坏。

因此需要调节主动轮和从动轮③的传动比，在一定范围内尽可能的降低从动轮③的速度。

根据公式33r r ωω=得知r/r3越小ω2就越小。

所以设计的时候应该尽可能的减小r/r2。

3． 机构的仿真分析3.1颚式破碎机的急回特性颚式破碎机部分可以等效成平面四连杆机构，如图20。

图10此处利用了平面四杆机构的急回特性，当杆②推着构件③向左运动挤压建筑垃圾的时候，构件③的角速度较大，用较大的惯性将体积较大的建筑垃圾挤碎；当杆②拉着构件③向右运动的时候，构件③的角速度较小，从而让经破碎后的建筑垃圾有足够的时间落下，进入反击式破碎机的腔内。

接下来通过Adams仿真来验证颚式破碎机的急回特性：图11图21是机构中颚式破碎机部分构件③的角速度大小随时间的变化曲线，结合生成的仿真视频，忽略图15中一开始的那一段（也即从角速度第一次为零的那一点开始研究起），可以得出角速度第一次为零时杆②达到最左端，接下来就要拉着构件③向右运动，直到角速度再次为零，杆②达到最右端（称此阶段为第一阶段），接下来就要推着构件③向左运动，直到再次达到最左端（称此阶段为第二阶段）。

由Adams生成的构件③角速度随时间的变化曲线得知，第一阶段构件③角速度比较小，第二阶段构件③角速度比较大，说明该机构的颚式破碎机的设计实现了预期效果。

第13页3.2颚式破碎机的传动角验证图12图13图22是颚式破碎机的平面四杆机构传动角γ（图B中的∠AOB）的大小随时间的变化曲线。

根据课本上的知识，在机构的运动过程中为了保证机构具有良好的传力性能，通常使γmin≥40°；对于高速和大功率的机械，应使γmin≥50°。

通过图22可知，γmin=70°，说明颚式破碎机的传动角γ符合要求。

3.3停歇运动导杆机构所带动的下挡板往复运动的间歇性第14页图14图15图24、25显示的是停歇运动导杆机构，目的是让下挡板闭合一段时间后再打开，如此周期往复。

由于撞锤轮的下方有足够的空间来存储下挡板闭合时机器所生成的物料，所以挡板不必时刻打开，而只需要隔一段时间打开一次。